组蛋白去乙酰化在水稻抗病毒免疫反应中的调控机制的研究

Histone acetylation modification is one of the major regulatory mechanisms for eukaryotic gene expression. It is controlled by two types of enzymes of opposing activities, i.e. histone acetyltransferase (HAT) and histone deacetylase(HDAC). In the process of virus infection of rice, HDAC genes are upregulated. However, it is not clear what kind of roles histone deacetylation plays in the interactions between rice and viruses. We have found that rice HDA703 is a H4K8 and H4K12 deacetylase, and it positively regulates rice antiviral response. Base on these previous results, this project plans to further address two major issues. First, on the genome-wide level to investigate the association between histone deacetylation and expression of rice antiviral genes; second, by identifying HDA703 interacting proteins and its target genes to gain insight into HDA703-mediated rice antiviral pathways. These two parts of studies will further illustrate the mechanisms of histone deacetylation regulation on rice antiviral immunity.

组蛋白乙酰化修饰是调控基因表达的主要机制之一，由功能相反的两类酶即组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶精细调控。水稻受病毒侵染过程中编码组蛋白去乙酰化酶的基因的表达被上调。然而还不清楚组蛋白去乙酰化调控在水稻与病毒互作中起何种作用。我们前期的研究发现，水稻HDA703是一个H4K8和H4K12去乙酰化酶，正调控了水稻抗病毒反应，提示组蛋白去乙酰化调控水稻抗病毒免疫反应，且HDA703在其中起重要的调控作用。本项目拟在前期研究的基础上，一方面在全基因组水平上分析组蛋白去乙酰化的调控与抗病毒相关基因表达的关联；另一方面通过鉴定HDA703的互作蛋白和靶标基因研究HDA703调控水稻抗病毒的分子网络。通过这两方面的研究深入阐明组蛋白去乙酰化在水稻抗病毒免疫反应中的调控机制。

植物的抗病毒防卫系统包括激素信号途径、系统获得性抗性（SAR）途径、抗病（R）基因介导的病毒抗性以及RNA沉默途径等，这些途径的重要组分已在基因组水平上得到了阐明，而对这些抗病毒途径的表观遗传调控尚未受到系统的研究。激素信号反应是植物抵抗病毒侵染的非常关键的途径，本研究发现水稻组蛋白去乙酰化酶HDA703分别在激活植物激素油菜素内酯（BRs）介导的抗病毒途径中起重要的调控功能。. HDA703是一个水稻RPD3/HDA1类型的组蛋白去乙酰化酶。研究发现，增量表达HDA703的水稻表现出典型的BR信号增强的表现，如旗叶夹角增大、抽穗提前以及暗生长时中胚轴更长且依赖BR的合成。而hda703突变体和HDA703 RNAi水稻表现出典型的BR功能缺失的表现，包括株型紧凑、抽穗推迟以及叶夹角的倾斜对BL敏感性降低等等。研究还发现，HDA703是水稻BR信号途径关键组份OsBZR1转录因子的直接靶标，且体内体外实验表明HDA703与OsBZR1直接互作。这些观察提示HDA703与OsBZR1互作正调控水稻BR信号。病毒侵染强烈诱导HDA703的表达，增量表达HDA703增强了水稻对病毒的抗性，而hda703突变体和HDA703 RNAi水稻对病毒侵染更敏感，表明HDA703正调控水稻对病毒的抗性。进一步的研究发现，HDA703是一个组蛋白H4K8和H4K12去乙酰化酶。HDA703/OsBZR1直接结合Ghd7, 一个重要的水稻生长、发育和应对胁迫反应的调控子，通过介导Ghd7组蛋白H4的去乙酰化抑制它的表达。病毒侵染下调Ghd7的表达，Ghd7 RNAi的水稻对病毒侵染抗性增强。这些结果提示，水稻激活HDA703/OsBZR1介导的BR信号途径进而抑制Ghd7的表达以抵抗病毒的侵染。另外，外施BR增强了水稻对病毒的抗性，BR合成和信号途径的突变体对病毒侵染更敏感，表明BR促进水稻抗病毒。以上的研究表明，HDA703/OsBZR1介导的表观遗传机制激活BR信号途径，并在水稻抵抗病毒侵染过程中发挥重要的调控功能。这些研究揭示了HDA703/OsBZR1－Ghd7一条重要的水稻抗病毒途径，，阐明了表观遗传调控的水稻激活抗BR介导的抗病毒途径抵抗病毒侵染的一些机制。